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利用恒温水源进行矿井降温矿区概况1淮南矿区地处安徽省北部,淮河中游两岸,东起郑芦断裂,西至阜阳市,东西走向南抵八公山、舜耕山,北止明龙山、上窑一带,南北宽180km,约矿区总面积约目前淮南矿区共有对矿井,均为煤与30km,3600km29瓦斯突出矿井,矿区核定年生产能力万地面年平均气温回、3000t
15.3相对湿度、大气压力恒温带距地表深度恒温带温74%
101.3kPa,20〜30m,度夏季月气温较高,月份平均气温为
16.80,6〜873O0o利用恒温水源进行矿井降温的可行性分析2空气和水的比热容
2.1当为国,时,P
106.67kPa,t=306=95%,d=
0.0244kg/kg干空气比热容:
1.0045kJ/kg-K水蒸气比热容
1.85kJ/kg-K湿空气的焰i=
1.0045t+
0.001d2501+
1.85t=
30.136kJ/kg考虑井下降温的过程近似为等湿、减焰、降温过程,团的湿空气温度30变化回,其熠的变化量1Ai=
1.0785kJ/kg水的比热容:
4.19kJ/kg-K;回水的焰:
2083.8kJ/kgo30回水的焰:
125.7kJ/kg;团团的水温度变化运,其焰的变化量为20〜30Ai=
4.19kJ/kg恒温水降温效果分析
2.2在井下近似等压等湿的降温过程中,的水温度每升高曾,就可使1kg1kg的湿空气温度降低回;的水温度每升高轴,就可以使
3.895m
33237.5m3的湿空气温度降低回1恒温水源降温能力分析
2.3淮南矿区恒温水源温度为考虑从地面往井下输送过程中的温升(视
16.80,管道的绝热程度而定),假定井下降温时水源温度为回,降温后的回20水温度为团;井下降温前的空气温度为囿降温后的空气温度为263226团那么的恒温水源水就可使的井下空气温度由回1m
33237.5m332降低到260o矿井降温需水量分析
2.4根据淮南矿区的实际情况,年产万高瓦斯突出矿井,如二级热害300t矿井潘
一、潘三矿,其矿井需风量应在以上按有效风量20000m3/min利用率考虑,再除去井底胴室和一些不需要降温的采掘工作面的用风85%量,实际需要降温的风量可占到矿井风量的即需要降温的风量为60%,12那么,矿井降温所需恒温水量为000m3/min
3.71m3/min,
222.4m3/h恒温水源的可靠性分析
2.5由于恒温水水源温度常年变化甚微,因此恒温层水源可用于常年降温此外恒温水水源丰富,淮南矿区煤系地层覆算着的新生界地145〜564m层,流沙层特别厚,地下水位又为地表以下年月份期1〜2m20237〜9间,潘三矿附近农民的机灌井,井水从井中自然流出地表,形成涌泉,可见地下水的充沛程度现场实验
2.6利用恒温水源进行矿井降温的可行性,一般生产矿井在停产检修期间,都具备实验条件,具体效果可进行现场实验恒温水源进行矿井降温的系统构成3恒温水源进行矿井降温的系统原理图,详见图1图恒温水源进行矿井降温的系统原理图1恒温水源降温系统的运行4连通器原理
4.1恒温水源降温系统可采用连通器原理设置,即进水口和出水口均设置在地面,依靠进回水温差形成的自然水压运行,当自然水压能形成需要水量的流速时,可考虑提高进水口高度,来提高压差,用以保证系统正常运行若井下降温系统采用开式循环时,可在井底进行高低压转换经济流速
4.2矿井降温所需水量取决于管径和流速,流速取决于水和系统(管道)的总阻力管径过大增加初期投资,流速过大则需要添加动力一般管道经济流速区间为要实现尽量不用或少用动力运行,恒温水源降温系统2〜4m/s,的经济流速应按进行设计若需水量为时,则管道内径4m/s4m3/mind146mm.管道总阻力
4.3管道阻力取决于管径、管道流速和管道流程,加上管道拐弯、阀门控制等的局部阻力就是管道总阻力,也即系统阻力试取管道内径为0152mm,管道总长度为局部阻力为总阻力的进行计算管道的总阻10000m20%力为110608Pa自然水压
4.4自然水压的大小取决于进回水温差和实际降温地点的垂深取进水温度为团,回水温度为回,降温点垂深为进行模拟计算:1830600m,()h g=
998.2-
995.7x
9.81x600=14715Pa水塔高度
4.5水塔高度取决于管道(系统)总阻力与自然水压的差值塔高=(总一自)h hh/
9.81x
998.2=
11.145m恒温水源矿井降温系统的实施5采煤工作面降温的实施
5.1()采用闭式循环时,采煤工作面降温采用套管换热,换热后的冷水,1用来进行工作面进风巷巷顶及巷道两侧迈步喷淋降温,可考虑喷淋水搜集,循环使用,也可根据巷道条件,让其自流入采区或井底水仓,从采区域井底水仓取水使用需配高压水泵台,台使用,台备用211
(2)采用开式循环时,直接使用恒温水源对工作面的进风巷巷顶及巷道两侧迈步喷淋降温,并根据巷道条件,考虑进行喷淋水搜集,导水管排至水沟,或让其自流入井底水仓,经高低压装置排到地面掘进工作面降温的实施
5.2采用闭式循环时,掘进工作面降温直接利用恒温水源冷水用小管1径钢管直接设置在风筒内部,靠钢筒内的风流与钢管直接换热,如通风距离较短,换热不够充分,可考虑钢管多次往返,以达到出水温度与风温近似相等的换热目的降温效果由通过的冷水量进行控制采用开式循环时,采用矿用移动式喷淋空冷器直接喷淋恒温水源冷2水,喷淋水由集水管排出降温效果由喷淋水量进行控制局部高温点降温53对局部热温源地点,如刚揭露的围岩、煤壁、采空区老塘口、上隅角老塘口,可直接喷洒恒温水源冷水降温辅助降温
5.4井底车场、大巷的装载喷雾、净化喷雾,高温区域采区内部的各类转载喷雾、净化喷雾、移回喷雾等,一律改为使用恒温水源进行喷雾,以达到辅助降温的目的补充降温
5.5不排除在夏季高温季节,少数地点利用恒温水源降温后,空气温度依然超标的可能此时,可对恒温水源进行加冰制冷,以满足矿井降温需要技术比较
5.6与地面集中机械制冷降温系统投入比较
6.1恒温水源矿井降温系统与地面集中机械制冷降温系统有相似一面,即井下降温管路基本相同但省却了昂贵的机械制冷设备一一冷水机组和地面厂房,以及降温系统的末端设备、排热系统和巷道工程初步估算,建立恒温水源降温系统的总费用,仅为建立地面集中机械制冷降温系统的30%与地面集中机械制冷降温系统运行费用比较
6.2若以年产量万矿井计算,需降温风量为降温温差300t12000m3/min,7团为例,地面集中机械制冷降温系统的制冷量应在以上,装机2OOOkW总功率要在以上(包括冷水机组、泠水泵、冷却泵、空冷器1OOOkW局部通风机);而恒温水源降温系统,仅需要的排水能力即能4m3/min满足,总功率上下可见在电耗这项上,能节约而且恒温水100kW90%,源降温系统无须设备备件、原材料消耗,维护费用几乎为零在经济运行方面具有无可比拟的优势回水管路可与防尘洒水管路共用
6.3恒温水源降温系统的回水管路可与防尘洒水管路共用,而防尘洒水管路是现有的,而且是必须要有的,用作恒温水源降温系统回水管路时,只需要对其局部管径进行更换,即可满足需要,这样又省去了恒温水源降温系统的近一半建设费用机械制冷降温供水温度一般为回,而恒温水源供水温度为5〜718〜22回,在相同的需冷量情况下,其终端设备要大得多或需水量很大,因此不同的矿井是否能采取恒温水源进行矿井降温要根据其具体情况来具体分析。